Påhängda gång- och cykelbroar Strukturella effekter på existerande broar. Examensarbete inom högskoleingenjörsprogrammet Byggingenjör

Transkript

1 Påhängda gång- och cykelbroar Strukturella effekter på existerande broar. Examensarbete inom högskoleingenjörsprogrammet Byggingenjör CAROLINA KVICK & CAMILO MUÑOZ LOBOS Institutionen för bygg- och miljöteknik Avdelningen för konstruktionsteknik CHALMERS TEKNISKA HÖGSKOLA Göteborg 014 Examensarbete 014:116

2

3 EXAMENSARBETE 014:116 Påhängda gång- och cykelbroar Strukturella effekter på existerande broar. Examensarbete inom högskoleingenjörsprogrammet Byggingenjör CAROLINA KVICK & CAMILO MUÑOZ LOBOS Institutionen för bygg- och miljöteknik Avdelningen för konstruktionsteknik CHALMERS TEKNISKA HÖGSKOLA Göteborg, 014

4

5 Påhängda gång- och cykelbroar Strukturella effekter på existerande broar. Examensarbete inom högskoleingenjörsprogrammet Byggingenjör CAROLINA KVICK & CAMILO MUÑOZ LOBOS CAROLINA KVICK & CAMILO MUÑOZ LOBOS, 014 Examensarbete / Institutionen för bygg- och miljöteknik, Chalmers tekniska högskola 014:116 Institutionen för bygg och miljöteknik Avdelningen för konstruktionsteknik Chalmers tekniska högskola Göteborg Telefon: Omslag: Källösundsbron mellan Källön och Almön på Tjörn. Breddad med gång och cykelbana. By Historiker (Own work) [CC-BY-SA-3.0 ( via Wikimedia Commons Chalmers reproservice Göteborg 014

6

7 Påhängda gång- och cykelbroar Strukturella effekter på existerande broar. Examensarbete inom högskoleingenjörsprogrammet Byggingenjör CAROLINA KVICK & CAMILO MUÑOZ LOBOS Institutionen för bygg- och miljöteknik Avdelningen för konstruktionsteknik Chalmers tekniska högskola SAMMANFATTNING I dagens samhälle växer kraven alltmer på effektiv och hållbar infrastruktur. Många trafikslag ska rymmas på våra broar och framförallt i tätbefolkade områden har cykeln blivit ett transportmedel som utnyttjas av allt fler. För att möjliggöra en ökad trafikkapacitet för cyklister och gående utan att begränsa biltrafiken över en bro byggs ofta nya gång och cykelbroar intill existerande broar. Syftet med detta projekt har varit att utreda de strukturella effekterna på befintliga broar då gång- och cykelbroar hängs på för att på så sätt öka brons trafikkapacitet. Projektet har även utrett vilka material som skulle kunna vara aktuella att använda vid en breddning av en bro i betong på detta sätt utan att förändra egentyngden. För att kunna studera de strukturella effekterna på befintliga broar då gång- och cykelbroar hängs på har skillnaden i belastande moment före och efter en sådan breddning beräknats och jämförts. Olika lastfall har beräknats med laster på broar ur Eurokod och resultaten har sedan jämförts. Resultatet visar att för en vägbro där trafiklasten går att placera om kan effekterna av en breddning minimeras och breddningen optimeras. För en järnvägsbro där trafiklasterna är spårbundna eller en vägbro där trafiklasterna inte kan placeras om blir effekterna av en påhängd gång- och cykelbro påtagliga och ytterligare åtgärder behövs för att möjliggöra breddningen. Resultatet visar också en betydande skillnad i belastning i en brobanekonsol för alla lastfall efter att en gång- och cykelbro hängs på. Innan breddningen belastades brobanekonsolen med ett väldigt litet eller inget moment. Nyckelord: Bro, breddning, gång- och cykelbro, balkbro, betongbro, Lastmodell 1, Lastmodell LM71 I

8 Attached pedestrian and bicycle bridges Structural effects on existing bridges. Diploma Thesis in the Engineering Programme CAROLINA KVICK & CAMILO MUÑOZ LOBOS Department of Civil and Environmental Engineering Division of structural engineering Chalmers University of Technology ABSTRACT In today's society demands on efficient and sustainable infrastructure grows. Many modes of transport should fit on our bridges and especially in densely populated areas the bicycle has become a means of transport used by more people. In order to allow for increased traffic capacity of bicycles and pedestrians without limiting car traffic on the bridge new pedestrian and bicycle bridges are often built adjacent to existing bridges. The purpose of this project has been to investigate the structural effects on existing bridges when pedestrian and bicycle bridges are attached to thereby increase a bridge s traffic capacity. The project also investigated which materials could be relevant to use at a widening of a bridge in concrete, keeping the selfweight unchanged. In order to study the structural effects on existing bridges where pedestrian and bicycle bridges are attached, the difference in bending moments before and after such a widening has been calculated and compared. Different load cases were calculated with loads on bridges from Eurocode and the results were then compared. The results show that on a road bridge where the traffic load can be rearranged, the effects of the widening is minimized and the widening can be optimized. For a railway bridge where traffic loads are on rails or a road bridge where traffic loads can not be rearranged, the effects of an attached pedestrian and bicycle bridge is tangible and additional measures would be needed to allow for the widening. The results also show a significant difference in the loadeffects in the bridge deck cantilever for all load cases after a pedestrian and bicycle bridge is hung on. Before the widening the bridge deck cantilever was subjected to very little or no bending moment. Key words: Bridge, widening, pedestrian and bicycle bridge, girder bridge, concrete bridge, Loadmodel 1, Loadmodel LM71 II

9 Innehåll SAMMANFATTNING I! ABSTRACT INNEHÅLL FÖRORD V! ORDLISTA 1! INLEDNING 1! 1.1! Bakgrund 1! 1.! Syfte 1! 1.3! Metod 1! 1.4! Avgränsningar!! LITTERATURSTUDIE 3!.1! Varför ökar man broars tvärsektion? 3!.! Ökning av broars tvärsektion 3!..1! Omdistribuering av körbanor 4!..! Kompletterande bro 4!..3! Pågjutning 4!..4! Konsolinfästning 5!.3! Olika brotyper 5!.3.1! Plattrambro 5!.3.! Balkbro 7!.4! Vad krävs för breddning 8!.4.1! Krav från beställare vid breddning 8!.4.! Bärighetsutredning/systemanalys 8!.5! Allmänt om material 9!.5.1! Betong 9!.5.! Stål 9!.5.3! Aluminium 9!.5.4! Trä 10!.5.5! Fiberarmerade polymerkompositer 10!.6! Kostnader 10!.6.1! Projektering 10!.6.! Material 11!.6.3! Produktion/ Arbete 11! II! III! VI! 3! BESKRIVNING AV LASTER OCH LASTFALL 1! 3.1! Laster 1! 3.1.1! Lastmodell 1, laster på vägbroar 1! 3.1.! Lastmodell LM 71, laster på järnvägsbroar 13! 3.1.3! Laster på gång- och cykelbroar 14! CHALMERS, Bygg- och miljöteknik, Examensarbete 014:116 III

10 3.! Nötesundsbron 14! 3..1! Lastfall 1 och, lastmodell 1 15! 3..! Lastfall 3 6, lastmodell 1 med gång- och cykellast 17! 3..3! Lastfall 7-10, lastmodell 1 med gång- och cykellast 18! 3.3! Järnvägsbro vid Gullbergsmotet 18! 3.3.1! Lastfall 1, lastmodell LM 71 19! 3.3.! Lastfall och 3, lastmodell LM 71 19! 3.4! Sammanställning av lastfall 0! 4! MATERIALVAL VID BREDDNING AV BRO 1! 4.1! Trä 1! 4.! Fiberförstärkt polymerkomposit 1! 4.3! Aluminium! 4.4! Stål! 5! RESULTAT OCH ANALYS 3! 5.1! Effekter på vägbro 3! 5.! Effekter på järnvägsbro 5! 5.3! Analys 7! 5.4! Materialval 8! 6! DISKUSSION 9! 7! SLUTSATS 31! 8! REFERENSER 3! 8.1! Litteraturförteckning 3! 8.! Figurförteckning 34! BILAGA A IV CHALMERS, Bygg- och miljöteknik, Examensarbete 014:116

11 Förord Detta examensarbete på 15 högskolepoäng är utfört av två studenter vid Chalmers tekniska högskola, institutionen för bygg och miljöteknik, högskoleingenjörsprogrammet inom byggteknik (180hp). Författarna vill tacka broavdelningen på COWI AB för att vi har fått en plats att skriva vårt examensarbete på. Tack även till våra handledare Magnus Bäckström och Daniel Rönnebjerg från COWI AB för all hjälp vi har fått. Vi vill även tacka vår examinator Mario Plos från institutionen för bygg- och miljöteknik på Chalmers för stöd och hjälp under arbetets gång. Göteborg juni 014 Camilo Muñoz Lobos och Carolina Kvick CHALMERS, Bygg- och miljöteknik, Examensarbete 014:116 V

12 Ordlista Brobanekonsol Brobaneplatta Brodäck Enkelspänd Filfaktor Fri brobredd Strukturella effekter Konstruktionshöjd Strängpressad Underbyggnad Överbyggnad Den del av brobaneplattan som bär genom konsolverkan. Platta som bland annat tar upp trafiklasten och överför den till huvudbärverket. Ett annat ord för brobaneplatta. En platta som är enkelspänd bär last i "en" riktning. Faktor som anger hur stor andel av den totala lasten på en balkbro som går ned i en balk. Den bredd av brobaneplattan där trafik kan framföras. Effekter på den bärande konstruktionen till följd av last. Höjden på brons överbyggnad Teknik för att tillverka föremål med en profil som har konstant tvärsnitt. Till underbyggnaden räknas de konstruktionsdelar som är belägna över grundläggningen men under överbyggnaden. Till överbyggnaden räknas de konstruktionsdelar som är belägna ovanför stöden. VI CHALMERS, Bygg- och miljöteknik, Examensarbete 014:116

13 1 Inledning 1.1 Bakgrund En bro konstrueras för att vara beständig över en lång period, ofta hundra år. Många av de broar som idag är i bruk byggdes för flera decennier sedan. Trafikmängden och trafikslagen är i konstant förändring och att förutspå hur trafiken kommer att utvecklas över tid kan vara svårt och är någonting man behöver beakta när man projekterar en bro. Flera broar som hållfasthetsmässigt fortfarande är i god kondition kan ha blivit uttjänta på grund av ökad trafikbelastning. I och med urbaniseringen har befolkningen alltmer koncentrerat sig till färre områden och trafikmängden kan lokalt ha ökat markant. På grund av detta kan det på vissa broar i tätbebyggda områden bli trångt. En metod att öka broars trafikkapacitet är att bredda bron, ofta i samband med en renovering och en eventuell förstärkning. I takt med en växande medvetenhet kan allt fler välja cykeln som transportmedel. Att hänga på en gång- och cykelbana på en bro kan ha flera fördelar, dels kan hela den befintliga brobaneplattan göras tillgänglig för biltrafik, dels kan det, där det tidigare inte funnits tillräcklig brobredd för gång- och cykelväg, öppna upp bron och göra den tillgänglig för alternativa färdmedel. I dagsläget så är det vanligaste sättet att ge mer plats åt gång- och cykeltrafikanter att bygga nya gång- och cykelbroar där dessa behövs. Som en del av en hållbar utveckling kan breddning av broar och påhängning av gång- och cykelbanor vara fördelaktigt. 1. Syfte Syftet med detta projekt har varit att utreda de strukturella effekterna då gång- och cykelbroar hängs på befintliga broar för att öka brons trafikkapacitet. Detta har gjorts genom att undersöka vilka skillnader i belastande moment detta kan få på befintliga broar. Projektet har även utrett vilka material som skulle kunna vara aktuella att använda vid en breddning av en bro i betong utan att öka brons egentyngd. 1.3 Metod En litteraturstudie har gjorts över olika brotyper och deras verkningssätt, vanliga spännvidder och utförande. Brotyperna balkbro, trågbro och plattrambro har studerats mer i detalj. Tidigare exempel på påhängda gång-och cykelbanor har studerats för att se hur dessa har gjorts. För att kunna studera strukturella effekter på befintliga broar, då en gång och cykelbro hängs på, valdes två broar ut. En vägbro över Nötesund som är en balkbro av betong och en järnvägsbro vid Gullbergsmotet som är en trågbalkbro av betong. En förenklad modell över broarnas verkningssätt togs fram. För att kunna studera de strukturella effekterna har laster på broar enligt Eurokod använts i beräkningarna och med dessa laster togs olika lastfall fram. Beräkningar gjordes sedan för moment i broarna både i tvärled och i längsled. Alla beräkningar är gjorda med hjälp av beräkningsprogrammet Mathcad. CHALMERS Bygg- och miljöteknik, Examensarbete 014:116 1

14 Resultatet presenteras i form av skillnader i moment och momentfördelning som visar effekten av påhängda gång- och cykelbroar på befintliga broar. Förslag på fortsatt arbete och rekommendationer för detta har tagits fram. Möjliga lättviktsmaterial för en gång- och cykelbro har studerats, stål, aluminium, trä och fiberarmerade polymerkompositmaterial, så kallade FRP- material. Genom en enkel jämviktsekvation beräknas möjligheterna att behålla egentyngden för en befintlig bro i stort sätt oförändrad då en gång- och cykelbro hängs på. Resultatet av materialberäkningarna redovisas i form av två matriser som visar skillnaden mellan de olika materialen. Vilket material som är att föredra har diskuterats. Möjlig utformning av en påhängbar gång- och cykelbana har diskuterats och vilka effekter den kan ha på den befintliga bron. 1.4 Avgränsningar Detta projekt har fokuserat på de strukturella effekterna av att hänga på gång- och cykelbanor på befintliga broar för brotyperna balkbroar och trågbroar av betong då dessa är relativt vanliga och har liknande verkningssätt. Inga beräkningar på plattrambroar eller plattbroar har gjorts då dessa brotyper anses vara styvare i tvärled än balkbroar. Projektet har inte gått in på dimensionering av gång - och cykelbron eller infästningar till den befintliga bron. Anslutningar av gång och cykelbron till mark eller befintliga gång och cykelbanor på mark har inte heller behandlats. Vid beräkning av broarnas belastning har endast de vertikala laster som angetts i de valda lastmodellerna i Eurokod använts. Lastmodell 1 för vägbron och lastmodell LM 71 för beräkning av järnvägsbron. Belastningen på gång- och cykelbanan har utgjorts av laster på gång- och cykelbroar enligt Eurokod. Vid beräkning av belastande moment i tvärled begränsas beräkningarna av servicefordonets längd, 3, meter. Detta för att få ett så rättvist resultat som möjligt utan att behöva göra en noggrannare systemanalys. Vid beräkningar av det belastande momentet har broarna setts som fritt upplagda över stöden i både tvärled och längsled istället för fast inspända. Det resulterar i att beräkningarna inte visar de faktiska belastande momenten för de olika lastfallen men differensen mellan dem är korrekta och av intresse för detta projekt. CHALMERS, Bygg- och miljöteknik, Examensarbete 014:116

15 Litteraturstudie I detta kapitel ges övergripande information kring vad en breddning är och varför broar breddas, olika metoder av breddning och vanliga brotyper. Kortare information kring olika krav vid breddning redovisas också samt information kring olika materialtyper och kostnader kring projektering, material och arbete..1 Varför ökar man broars tvärsektion? Det kan finnas många anledningar till att man väljer att öka tvärsektionen för en bro, en ökning av en bros tvärsnitt kan ge bättre tillgänglighet och ökad rörlighet för fler trafikslag. Det är dock viktigt att olika aspekter såsom bärförmåga beaktas vid en tvärsnittsökning. Trafikmängden har ökat de senaste årtiondena (Trafikanalys, 013) vilket kan ha gjort att många broar inte har tillräcklig kapacitet för det nuvarande trafikflödet. Framför allt äldre broar kan ha för få eller för smala körbanor (Sprinkel, 1998). Ett sätt att öka kapaciteten kan vara att bredda bron, till exempel att hänga på gång- och cykelbanor för att på så sätt ge mer utrymme till biltrafik eller andra trafikslag. Många broar byts ut innan deras avsedda livslängd uppnåtts, ofta på grund av förändringar av trafikmängden (Vägverket, 001). Vägverket skriver själva i en förstudie att det finns ett behov av forskning och utveckling avseende breddning av befintliga broar genom att konstruktionsdelar hängs på samt att dessa lösningar är kostnadseffektiva (Vägverket, 000). Det kan också vara så att det inte existerar någon gång- och cykelbana trots att behovet finns, eller att den befintliga ytan som finns för gång- och cykeltrafik är otillräcklig. En breddning eller tillbyggnad av bron kan ge utrymme för gång- och cykeltrafik över bron (Sprinkel, 1998). Detta ger en större frihet med avseende på förläggning av gång- och cykelstråk, utan att påverka brons trafikkapacitet för andra trafikslag. Vid broar med större spännvidder, broar över vatten, broar som ligger i områden med utrymmesbrist eller där en nybyggd gång- och cykelbro helt enkelt inte får plats kan en breddning av en befintlig bro vara ekonomiskt lönsammare. Det kan även vara så att en byggnation av en ny gång- och cykelbro skulle kräva stora omläggningar av trafik under långa perioder i områden med höga trafikflöden. Detta skulle kunna undvikas om en redan existerande bro kan breddas utan alltför stora störningar som följd.. Ökning av broars tvärsektion Det finns ett flertal olika sätt att öka en bros tvärsektion, beroende på brotyp och vilket material bron är gjord av. Man kan välja att bredda enbart överbyggnaden, eller både över- och underbyggnad. Bron kan breddas på ena sidan eller på bägge sidor, både symmetriskt eller asymmetriskt (Ryall, 010). Man kan även öka tvärsnittsarean genom att förstärka bron på ovan- eller undersidan, detta görs främst för att öka brons bärande kapacitet (Vägverket, 000). Att hänga på eller fästa in en ny gång- och CHALMERS Bygg- och miljöteknik, Examensarbete 014:116 3

16 cykelbana eller körfält anses som breddning enligt Rosell 1, och alla åtgärder som innebär en förändring av brons bärande konstruktion bör innefatta en kontroll av brons bärförmåga...1 Omdistribuering av körbanor Det billigaste och enklaste sättet att förändra en bros trafikkapacitet är att se över hur brobanan utnyttjas. Om körbanan för biltrafik kan minskas till fördel för en gång- och cykelbana eller räcket kan flyttas lite längre ut och på så sätt optimera utrymmet, kan det bli en kostnadseffektiv lösning. Är bron redan dimensionerad för biltrafik över hela farbanan krävs ingen ytterligare beräkning för att försäkra sig om att bron håller för gång- och cykeltrafik. Det kan vara en bra metod att ta till om trafikflödena förändras, men bron är konstruerad att stå flera år till. Idag är det vanligare att situationen är omvänd, biltrafiken ökar och behovet av ett ytterligare körfält finns. Resultatet av det kan då bli att gång- och cykelbanan tas bort helt och en ny gång- och cykelbro byggs vid sidan om den befintliga bron. (Trafikverket, 011a).. Kompletterande bro Att bygga en ny bro bredvid en befintlig bro förutsätter att det är möjligt att grundlägga den nya bron intill den existerande. Om den nya bron ska stå tätt intill och sammanfogas med den befintliga bron ska de ha samma statiska verkningssätt. (TRVK Bro-11, 011). Ändstöd och eventuella mittstöd bör vara av samma typ och placeras intill de existerande (Bettis, 007). Då detta görs på en betongbro och dessa ska sammanfogas bör man beakta effekten av krympning och krypning av brobaneplattan då dessa kan ge upphov till tvångskrafter i betongen både i längsled och i tvärled, framförallt i skarven där dessa gjuts ihop (Xuefei, 008). Tvångskrafterna kan minimeras genom att vänta en tid efter att den nya bron har härdat innan den gjuts ihop med den existerande bron (Sprinkel, 1998)...3 Pågjutning På betongbroar kan en pågjutning vara aktuell om det rör sig om små ökningar av bredden i förhållande till brons bredd i stort, då betong är ett tungt byggnadsmaterial. Då stöden ofta är robustare än brons överbyggnad kan mindre pågjutningar göras utan att omfattande arbeten på underbyggnaden behövs (Vägverket, 1996). En del av överbyggnadens betong bilas bort för att frilägga armeringen. Tillräckligt mycket betong tas bort för att förankring mellan gammal och ny armering ska uppnås. Om det inte finns tillräcklig förankringslängd kan mekaniska förbindare användas för att armeringsstålet ska få tillräcklig förankring (Bettis, 007). 1 Ebbe Rosell (Brospecialist, avdelningen för bro och tunnel, Trafikverket) Magnus Bäckström (Brospecialist, Broteknik, COWI AB) CHALMERS, Bygg- och miljöteknik, Examensarbete 014:116

17 ..4 Konsolinfästning Vid en breddning med konsoler skulle den breddade delen av brobaneplattan bäras av dessa och konsolerna vara infästa i den existerande bron på något vis. Beroende på utformning och material uppstår ett vridande moment i tvärled i den existerande konstruktionen. Hur stort moment en konstruktion kan ta i tvärled är unikt för varje konstruktion men en större konstruktionshöjd har generellt en högre kapacitet på grund av att hävarmen är större. Denna typ av breddning lämpar sig bra på exempelvis lådbalkbroar då brobanekonsolen utsätts för mer last och lasten har större excentricitet efter en breddning. Konsolerna kan då föra över en del av lasterna direkt till det huvudbalkarna (Wang & Zhang, 011). För större broar kan egentyngden vara dimensionerande för bärförmågan (Huang & Magnus, 008), framför allt om bron är byggd i betong. Att byta ut en del av betongkonstruktionen mot en lättare konstruktion kan ge möjligheten att få en bredare bro med samma egentyngd. För mindre broar är trafiklasten av större betydelse för dimensioneringen men även här finns fördelar med att byta ut delar av konstruktionen mot en lättare..3 Olika brotyper I detta kapitel redovisas några olika brotyper och även exempel på tidigare breddningar av broar..3.1 Plattrambro De vanligaste brotyperna i Sverige är rambroar och då framförallt plattrambroar (Vägverket, 1996). Plattrambron är en konstruktion av gjuten betong med antingen slak- eller spännarmering, där brobaneplattan är fast inspänd i rambenen. Plattrambroar med slakarmering görs lämpligast med spännvidd upp till 5 meter medan spännarmerade plattrambroar kan göras upp till 35 meter. Konstruktionshöjden varierar beroende på spännvidd och höjd, från 0,3 meter upp till en meter för en hög bro med 5 meters spännvidd. Plattrambrons verkningssätt kan förenklat ses som en bred balk som för över laster direkt till brons stöd och plattans tjocklek gör att den är relativt vridstyv (BaTman, a). Rambenen, eller frontmurarna som de även kallas, är ihopgjutna med vingmurarna som håller de anslutande vägbankarna på plats. Vingarna kan utföras parallellt med brons längdriktning eller tvärriktning men normalt är vingarna snedställda ungefär 45 grader (BaTMan, a). CHALMERS Bygg- och miljöteknik, Examensarbete 014:116 5

18 Figur 1: Foto på en plattrambro Ett vanligt sätt att bredda t.ex. en plattrambro, är att frilägga rambenen och bila bort kantbalken. Sedan byggs en formställning för att kunna gjuta på ytterligare en bit på brobaneplattan och ny armering förankras till den gamla. Detta är bara möjligt om underbyggnad och grundläggning tillåter eller en förstärkning är möjlig Plattbro Plattbron består av en broplatta i betong som kan vara fritt upplagd på ändstöden. Plattbron kan utföras i spännvidder upp till 5 meter och vanlig konstruktionshöjd är ungefär 5 % av spännvidden. Plattbron är ett alternativ då tillåten konstruktionshöjd är låg (Vägverket, 1996). Plattbrons verkningssätt liknar plattrambrons med skillnaden att den inte är fast inspänd i ändstöden. Exempelvis kan nämnas bron över Tappström vid Tappsund på väg 816, som är en plattbro som breddades år Målet var att bredda brons gång- och cykelväg med,06m. Lösningen blev att bila bort den befintliga brobanekonsolen av betong och fästa in en ny bredare konsol av stål (Figur ). Då plattbrons konstruktionshöjd är nästan 1 meter klarar den av de moment som tillkommer av den bredare gång och cykelbanan. Den tjocka brobaneplattan underlättar även infästningen av den nya konsolen. Figur : Exempel på breddning av plattbro med konsol 6 CHALMERS, Bygg- och miljöteknik, Examensarbete 014:116

19 Figur 3: Infästning av konsol vid breddning av plattbro.3. Balkbro Balkbroarnas ursprung är en stock som lagts över ett vattendrag. (BaTMan, a) Idag byggs broarna oftast i betong eller stål med fritt upplagda alternativt kontinuerliga bärande balkar. På balkarna vilar brobanan som vanligtvis tillverkas i betong. Brobanans tjocklek varierar och kan vara kring 300 mm i brobanemitt och smalna av utåt kanterna till ungefär 170 mm. Om brostöden bedöms komma att utsättas för inbördes ojämna sättningar byggs balkbroarna i flera spann med fritt upplagda balkar. (Vägverket, 1996). Balkbroar med långa spännvidder, från 35 meter och uppåt, byggs antingen av svetsade stålbalkar eller som spännbetongbalkar. Mindre balkbroar byggs med armerad betong upp till 5 meter (BaTMan, a). Mellan 5 och 35 meter byggs hellre andra brotyper. Balkbron verkar genom att brobaneplattan för över laster till balkarna som i sin tur för dessa vidare till stöden Lådbalk En variant av balkbro är lådbalksbron, som också byggs i antingen stål eller betong. Lådbalkbron passar till stora spännvidder. En lådbalkbro i stål fungerar bra över vatten då den kan lanseras eller lyftas på plats. Lådprofilen är lämplig i såväl stål som betong om bron utsätts för stora vridande moment (Vägverket, 1996). Källösundsbron, bro över Källösund på väg 160, är ett exempel på en lådbalkbro som har breddats för att ge plats åt gångtrafikanter och cyklister (Figur 4). Lösningen blev en stålkonstruktion som bär upp den nya gång- och cykelbana. Gång- och cykelbanan stöds i ytterkant av stålkonsoler och är i innerkant infäst i befintlig kantbalk. Stålkonsolerna består av en tryck- och en dragsträva infästa i lådbalkens liv. En stålbalk är inspänd diagonalt genom lådbalken och möter trycksträvan på utsidan. Gång- och cykelbanan består av 30 mm asfaltsbeläggning och 10 mm plåt på L-balkar av stål. Då brobaneplattan är tunn, men lådbalken klarar stora vridande moment, lämpar sig denna brotyp bra för breddning på detta sätt. CHALMERS Bygg- och miljöteknik, Examensarbete 014:116 7

20 Figur 4: Översikt över breddning på Källösundsbron.4 Vad krävs för breddning När en bro ska breddas finns det olika krav att följa. I detta kapitel redovisas övergripande vilka krav som råder. En lämplig bredd på gång- och cykelbanan kan anses vara 3 meter. Då finns utrymme för gång- och cykeltrafik i två riktningar med viss anpassning för trafikanterna vid möte (Vägverket, 004)..4.1 Krav från beställare vid breddning Vid en ombyggnad, breddning eller annan förbättrande åtgärd av en bro ska byggnadsverkets tillstånd vara utrett enligt de krav som ställs av Trafikverket (Trafikverket, 011b). Då mindre beställare, exempelvis kommuner, oftast utgår från Trafikverkets krav ser deras krav i stort sett likadana ut. För att utreda ett byggnadsverks tillstånd i samband med en breddning utförs en kontroll enligt MB80 Bärighetsutredning av byggnadsverk. Alternativt kan en beräkningsmodell för systemanalys som med avseende på laster, geometri och deformationsegenskaper beskriver byggnadsverkets verkningssätt i sin helhet användas (Trafikverket, 011c)..4. Bärighetsutredning/systemanalys Enligt Trafikverkets krav gäller att byggnadsverkets tillstånd ska vara utrett innan några åtgärder påbörjas. Dessa krav ger två möjliga sätt att utreda en bro som är planerad att breddas då krafterna förs över till den befintliga brobaneplattan. En systemanalys med modell enligt kraven i TRVK Bro 11 kapitel B..7 eller en modell som följer kraven från MB 80 Bärighetsutredning av byggnadsverk utgiven av Vägverket (Trafikverket, 011c). Enligt TRVK Bro 11 kapitel B..7 räcker det inte med att göra en tvådimensionell beräkning av bron om den inte har ett tvådimensionellt verkningssätt. Trafikverket rekommenderar en global tredimensionell beräkningsmodell som beskriver en helhet av brons verkningssätt. Ett annat krav för att kunna bredda en bro är att bron och breddningen ska ha samma statiska verkningssätt (Trafikverket, 011b). Att hänga på en gång- och cykelbro på en befintlig bro klassas enligt Trafikverket som en breddning. Även om den påhängda brodelen i huvudsak bär lasten i tvärled, till exempel med konsoler, medan brons huvudbärverk bär i brons längsled, samverkar delarna på motsvarande sätt som 8 CHALMERS, Bygg- och miljöteknik, Examensarbete 014:116

21 brobaneplatta och huvudbalkar i en balkbro. Man kan därför se de olika brodelarna som olika komponenter i ett och samma bärande system. De påhängda konstruktionsdelarna blir då en del av brons statiska verkningssätt efter breddning..5 Allmänt om material En övervägande del av broarna i Sveriges är av betong (Vägerket, 000). Nedan redovisas egenskaper för några material som kan användas till broar och brodäck. Gång - och cykelbroar utsätts inte för samma höga belastning som vägbroar eller järnvägsbroar vilket ger andra möjligheter till val av material (Träguiden, 014a)..5.1 Betong Betongen har flera egenskaper som gör den väl lämpad att bygga broar med, den är beständig, formbar och har god tryckhållfasthet (Burström, 007). Betongen används till brons alla delar och kan bestå av både prefabricerade element eller gjutas på plats. Betongens hållfasthet beror på blandningen av dess innehåll och proportioneras för att få önskade värden, vanligtvis ligger den karakteristiska tryckhållfastheten mellan 0 och 50 MPa men höghållfast betong kan ha så hög tryckhållfasthet som 80 MPa. Även betongens E-modul varierar, vanligtvis mellan 7 och 37 GPa (Al-Emrani, 011). Armering används i betong för att ge tillräcklig draghållfasthet då betongens draghållfasthet är väsentligt sämre än dess tryckhållfasthet. Armeringens draghållfasthet beror på stålkvalitet, men ett karakteristiskt värde på 500 MPa är vanligt. Betong har en densitet på 400 kg/m 3 (Al-Emrani, 011). I beräkningar används 500 kg/m 3 för armerad betong Stål Stål framställs av järn och kan legeras med ett flertal ämnen för att få önskade egenskaper, bland annat resistans mot korrosion. Stål har bra hållfasthet både i drag och tryck, är formbart och finns i ett antal standardprofiler (Burström, 007). Stål används främst som primärbärverk i broar som balkar eller fackverk (Vägverket, 1996). Ofta är brobanan av betong i så kallade samverkansbroar där brobanan gjuts samman med stålet för att uppnå samverkan men även brobanor i stål förekommer. Stål förekommer i ett flertal hållfasthetsklasser med karakteristisk drag och tryckhållfasthet mellan 35 och 460 MPa, E-modulen för stål är 10 GPa och densiteten är 7800 kg/m 3 (Al-Emrani, 011)..5.3 Aluminium Aluminium kan framförallt användas som brodäck. Dessa däck förtillverkas genom att individuellt strängpressade profiler svetsas eller på annat sätt sammanfogas till större däck som sedan kan monteras på underliggande bärande delar, exempelvis balkar av 3 Daniel Rönnebjerg (Brokonstruktör, Broteknik, COWI AB) CHALMERS Bygg- och miljöteknik, Examensarbete 014:116 9

22 stål (Chavel, 01). Till aluminiumets fördelar hör bland annat att det är lätt, med en densitet på ungefär en tredjedel av stålets, 700 kg/m 3, samt att det är beständigt mot korrosion (Burström, 007). Aluminiumets hållfasthet varierar beroende på kvalitet och tillverkningsmetod men kan ha en sträckgräns som ligger mellan 50 och 500 MPa med en E-modul på 70 GPa (Lindunger & Stark, 004)..5.4 Trä Trä är ett naturligt material, således bestäms dess egenskaper av naturliga processer som kan vara svåra att råda över, hållfasthetsklassat trä sorteras ut och märks upp. Trä finns som både konstruktionsvirke och limträ i olika klasser (Burström, 007). Broar av trä är lätta och används framförallt som gång- och cykelbroar men även vägbroar kan byggas med trä (Träguiden, 014a). Densitet, hållfasthet och E-modul för trä varierar beroende på hållfasthetsklass för både konstruktionsvirke och limträ. För konstruktionsvirke är densiteten kg/m 3, hållfasthet i böjning MPa och E-modul 7 14 GPa. Motsvarande för limträ är densitet kg/m 3, hållfasthet i böjning 4 36 MPa och E-modul 11,6 14 GPa (Al-Emrani, 011)..5.5 Fiberarmerade polymerkompositer Fiberarmerade polymerkompositmaterial, eller FRP, består av långa kedjor av glasfiber, kolfiber eller aramid som är de vanligaste, och en polymer, till exempel polyester, epoxi eller vinylester. Materialet binds samman i en process där fibrerna bäddas in i polymeren under värme, blandningen strängpressas sedan till önskad form (Keller, 003). FRP-material är lätt, densiteten varierar beroende på vilken fiber, polymer och tillverkningsmetod som används men en densitet på ca 000 kg/m 3 är ett genomsnitt. Hållfastheten varierar även den beroende på tillverkningsteknik och fiber. Fibern kan läggas i olika riktningar för att ge det slutgiltiga materialet önskade egenskaper, i fibrernas längdriktning är draghållfastheten MPa. E-modulen kan uppgå till mellan GPa (Keller, 003)..6 Kostnader Det är många faktorer som påverkar kostnaderna för en gång- och cykelbro. Faktorer som till exempel grundläggning och omgivning bestämmer val av konstruktion, material, prefabricerad eller platsbyggd..6.1 Projektering På grund av att det krävs en bärighetsutredning eller systemanalys, enligt kapitel.4.1, vid breddning av bro, blir kostnaderna för projektering normalt större än vid nybyggnad av bro. Risken finns att bärighetsutredningen visar att en breddning för en specifik bro blir kostsam och det leder till valet att bygga en ny bro utan att utreda andra alternativ. På träguidens hemsida står det att "Vid projekteringen ska man sträva efter att göra en väl genomtänkt lösning, där huvudmålet är att bygga en bra bro till 10 CHALMERS, Bygg- och miljöteknik, Examensarbete 014:116

23 låg totalkostnad." (Träguiden, 014b). En högre projekteringskostnad kan möjligen accepteras då resterande kostnader minskas, för att få en lägre totalkostnad än om en ny gång- och cykelbro byggs. Ska bron byggas över till exempel ett vattendrag kan en utredning och miljödom bli aktuell, speciellt om ny grundläggning och underbyggnad behövs. Jämförs kostnaderna och tiden det tar med kostnaderna och tiden för en bärighetsutredning blir alternativet att hänga på en gång- och cykelbro mer attraktivt. Ett exempel på en bro där detta blev aktuellt är tidigare nämnda Källösundsbron..6. Material När en ny bro byggs krävs material för till exempel grundläggning, vilket inte behöver bli aktuellt vid påhängning av gång- och cykelbana på en befintlig bro. Genom att utnyttja den befintliga brons kapacitet kan materialförbrukningen minska och det i sin tur leder till lägre totalkostnader. Kostnaden har stor tyngd när val av material sker 4, stålpriset varierar kraftigt medan priset på betong och trä är stabilare över tid. Det är möjligt att materialet som används då en gång- och cykelbro hängs på en befintlig bro är kostsammare per kvadratmeter, men det krävs mindre mängd än då en ny gång- och cykelbro byggs..6.3 Produktion/ Arbete Enligt Bäckström 5 blir etableringskostnader för att bygga en ny gång- och cykelbro och att hänga på en gång- och cykelbana på en befintlig bro initialt lika hög, men kan arbetstimmar reduceras då en gång- och cykelbana hängs på en befintlig bro kan pengar sparas. För att minska kostnaderna är det önskvärt att prefabricerade profiler levereras till arbetsplatsen, då finns möjligheten att minska antalet arbetstimmar ytterligare. Grundläggning kan vara kostsamt. Kräver grundläggningen till exempel pålar tar det tid och utrustning. Det kan också vara ont om plats och kostsamt att bygga på grund av det. Står det då en befintlig bro där en gång- och cykelbro eventuellt kan hängas på kan det spara både tid och pengar med avseende på grundläggning. 4 Daniel Rönnebjerg (Brokonstruktör, Broteknik, COWI AB) Magnus Bäckström (Brospecialist, Broteknik, COWI AB) CHALMERS Bygg- och miljöteknik, Examensarbete 014:116 11

24 4( G##(#0%%9,I$(34543J657(-KL(34>45J6/7(#4-4,4(637()*'(."::$(,-."%%(0::"M9'($##(N9%&$(%9"#()*'(."(:1,'"'$."(%$+#)9%#":( 3 Beskrivning av laster och lastfall Två broar har valts ut för att kunna studera effekterna av påhängda gång- och cykelbanor. Som vägbro har Nötesundsbron valts, och som tågbro har järnvägsbro över E6:an vid Gullbergsmotet valts ut. Dessa har belastats med laster från Eurokod i ett antal olika lastfall, först utan någon breddning och senare med en breddning där en 3 meter bred gång- och cykelbana förläggs ytterst på ena sidan av den befintliga bron. 3.1 Laster De laster som verkar på broarna hämtas från Eurokod 1: Laster på bärverk - Del : Trafiklast på broar ur respektive kapitel för vägbroar, tågbroar och gång- och cykelbroar. I de globala beräkningarna har endast lasterna som beskrivs i detta kapitel tagits med i beräkningarna, antagande har gjorts att egentyngden kan förbli relativt oförändrad då material tas från den befintliga bron och ersätts med ett bredare och lättare material, därför har egentyngden inte tagits i beaktande. Lasterna har placerats på bron med och utan en breddning och effekter på bron har beräknats i tvärled och i längsled. Beräkningarna utgår från servicfordonets längd på 3, meter. Alla laster inom den längden har ansetts relevanta att ta hänsyn till för att göra en rättvis jämförelse Lastmodell 1, laster på vägbroar För vägbroar anses lastmodell 1 täcka in de flesta effekterna av trafik med last- och Licensierad till Camilo personbilar Munoz Lobos (SS-EN (camilo@student.chalmers.se) :003, a). Denna Denna modell Eurokod används är förbetald vid av beräkningar Boverket. av globala och lokala effekter. #$%%$&'('))*#+,-.# Lasten består av ett antal lastfält med en bredd av tre meter. Varje lastfält belastas med en utbredd last och ett boggiesystem bestående av två axlar. $%&"'()*'(%$+#,-."%%(/(0%%1+#'"'$+(0()01'(345$4( # ( Figur 5: Lastmodell 1, lastfält med boggiesystem och utbredda laster 8$+#)9%#(:1,,"'(/;(! /< (=(>??(<@A(" /< (=(B(<@C, 5 ( 8$+#)9%#(:1,,"'(5;(! 5< (=(5??(<@A(" 5< (=(5DE(<@C, 5 ( 8$+#)9%#(:1,,"'(>;(! >< (=(/??(<@A(" >< (=(5DE(<@C, 5 (,".(# $ (=(>D??(,( #/:'5#;#<644=>?7678#5-#45@A>BCD44#$# CHALMERS, Bygg- och miljöteknik, Examensarbete 014:116

25 "E:"α J* " "QX"3'..$"+'-%B.4.*.-"-B))'%"*.0'"α J% =" DC=CF" MNO="E" #B%3'.$"H"α"L?$50,%'%.$"5$."*"3'.".$0*,.'))$"+*)$-$."A,041$%$4"$1"0%$?*55)$44'%="NB%"3'"4B004"0*))"Q"A,041$%$%" "#$%&!'())*)'! Lasternas $%&&'()$$*! karakteristiska +,! -.$! $/01'$+! värden $/3)4-)0.$'! beskrivs i figur 50($&+'$.46! 6 och dessa! &( multipliceras! med en anpassningsfaktor 7+8%7.4+'!-)9(!$%&&!#::!(;6!! som visas i figur 7, till exempel ska punktlasterna i lastfält 1 anpassas! med en faktor 0,9 och är då 70 kn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igur 6: Lasternas karakteristiska värden i lastmodell 1!"#$%%&'()&*+,"--+.+/-0"134$4&&! J"! :*B!! JC! :*B!! JK! :!! L"! :*I!! L%! "*:!3G4!%!M!"!! L4! "*:! "%%&'()**<,<+-( Figur 7: Anpassningsfaktorerna! för de olika lasterna i lastmodell 1!./013455/(6/7/8407/7(0155(9:;:;"9-( Då punktlasterna i lastfält 3 ska anpassas med en faktor 0 resulterar det i att lastfält 3! endast belastas med en utbredd last på,5 kn/m. Övriga lastfält och återstående ytor -!,!?+77+!()0$+($/$+!3N4!+0,>0-+'!3G4!&+'$7)-.&&!C!')7!3G4! belastas även dessa med utbredd last på,5 kn/m, se figur 6. Därför har dessa slagits &+'$7)-.&&!"6!"%%&'()**<,<+-! ihop till ett gemensamt lastfält som upptar den resterande yta som inte upptas av! lastfält 1 eller../013455/(6/7/8407/7(0155(9:=:+"+-( 3.1. Lastmodell LM 71, laster på järnvägsbroar! Lastmodell LM 71 representerar den statiska effekten av vertikal belastning från.!, normal!o! $+=.&&! järnvägstrafik D6D+*! 4+-.0! (SS-EN 3G4! 1991-:003, 145! "+*! b). '(+! Lasterna :*P! 1N01.4! ska multipliceras med en (+4+($.4%'$%'($! faktor! som varierar,>4-.! beroende $%&&>7+'! på om 3G4! det är 3)$0)$! lätt eller +6! tung "#$%&'( trafik som trafikerar spåret. )*++,+)-! Enligt TRVK bro 11, kap ska! sättas till 1,33 för de sträckor som inte! trafikeras av tung massgodstrafik (Trafikverket 011d). DCF" K'"5$%$50'%*40*45$"1B%3'.$"H"! *5 ",7/"" *5 :"*.5)64*1'"38.$A*450"0*))45,00:"/BA0$4"6%"0$+'))"C=E=" " " " Licensierad till Camilo Munoz Lobos (camilo@student.chalmers.se). Denna Eurokod är förbetald av Boverket.!"#$%%$&'('))*#+,-.# **# Figur 8: Fördelning och karakteristiska värden på lastmodell LM # "#$!%&'()*+,-.!/0,0)*1+3+(!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!! CHALMERS 0689#/:$#;#<5=>?@AB44#<C#D$#@EF#3553>B6=>6=35#-GAB7#HI#-B>63545#45=>B# Bygg- och miljöteknik, Examensarbete 014:116 I!?.0+'$.!&/-.&'.!<<Q?!C::PRP"! "4$5! 6'!-)-0')3,03,-!7*).'+!,89!-+(',!3!:3(/)!;<#!,-==!9/=03>=31')-,!9'.!'+!:-08)!α!>?!&-+8)!9'.!@*)+A 7*(,0)-:3!,89!*)!0B+()'!'==')!=*00-)'!*+!+8)9-=0<!C*)!=-,0')+-!9/=03>=31')-0,!9'.!:-08)+!α!&'+*9+,!.'!D=-,A,-.'!7')03-==-,0')D<!E-08)+!α!,-==!7-)-!+?(8+!-7!:F=@-+.'G!!! "#!! 13

26 $&'('))*#+,-.# Laster på gång- och cykelbroar Den påhängda gång- och cykelbanan belastas enligt Eurokod 1: Laster på bärverk Del : Trafiklast på broar med en utbredd last på gång- och cykelbanan på 5 kn/m och ett servicefordon med två axlar om 80 och 40 kn med axelavståndet 3 meter och hjulavståndet 1,3 meter, se figur 9. Den utbredda lasten och lasten från servicefordonet verkar inte samtidigt på bron och värdena som anges är karakteristiska värden (SS-EN 1991-:003, c). censierad till Camilo Munoz Lobos (camilo@student.chalmers.se). Denna Eurokod är förbetald av Boverket. 9# Figur 9: Dimensioner på last från servicefordon 3. Nötesundsbron För att göra beräkningar på en befintlig vägbro har Nötesundsbron valts. Nötesundsbron ligger på Orust i Västra Götalands län och består av två kontinuerliga 179:3#/;'#<#=5>?4@56@A# balkbroar i slakarmerad betong som förenas av en lådbalkbro av spännarmerad betong. Beräkningarna är gjorda på de två balkbroarna eftersom antagandet är gjort att om balkbron klarar belastningen så gör även lådbalksbron det då denna konstruktion ofta är styvare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igur JP! 10: *(! )P()D! Tvärsektion /RN! RQ&*1.-/! av Nötesundsbron.*-/-!45!+1*-4!+4&'/-*-S!0/A!'?*"?!3*'!4('41!J*-0/(*-!0/A! som den såg ut i originalutförande.!.*+%((*-!0%)!jp!.-/(!/rn!54-!(p)/(0'4(0!jp!.-/(!/rn!5*(!45!q''-*!/a0'(3%)n*'*-!0/a!a*-!*11*-!a%(3-*!-! 4!.-/(0! 1)*?! L! 4504&(43! 45! *(! 'Q31%)! -*4&'%/(! +-P(!.-/(! &4(! +/')()4-*! 5%3! (/-A41! )P()! JP5*-&4!.-/(! A*3! 4A'%3%)4!J*-%/3%0&4!&-4+'*-#!! CHALMERS, Bygg- och miljöteknik, Examensarbete 014: '%&411*3S!A*3!*''!+-*&5*(0/A-P3*!A*114(!6!/RN!C!UVS!/RN!! %0/('411*3S!A*3!*''!+-*&5*(0/A-P3*!A*114(!9SB!/RN!6SB!UV?! 45!K/))4(3*!&4(!&/-04!*(!)P().-/!A*3!+-*&5*(0*(!C!UV?!

27 Bron byggdes 1966 Amed gångbana á 1 meter B på vardera sidan om den tvåfiliga körbanan, se figur 10. Senare har brons körbanor placerats om för att få en samlad gång- och cykelbana på ena sidan av körbanan med bredden 1,75 meter, se figur 11. Den fria brobredden var 9,9 meter både innan och efter omplaceringen av körbanorna. Balkbron spänner 0 meter mellan stöden. Level 1 1 : 100 Figur 11: Tvärsektion av Nötesundsbron efter omfördelningen av körbanorna. För att förenkla beräkningarna har bron i tvärsektion setts som en fritt upplagd balk på två stöd där balken motsvarar brobaneplattan och stöden motsvarar balkarna. Momentet i brobaneplattan beräknades för alla lastfallen. Då beräkningar med breddning har gjorts har den fria brobredden ökats med 1,5 meter och gång- och cykellast har lagts på de yttersta 3 meterna. Även fyra lastfall då den fria brobredden har ökats med 3 meter har beräknats A B Figur 1: Förenklad modell av Nötesundsbrons tvärsektion En momentjämvikt kring balk B har gjorts för varje lastfall för att ta reda på stödreaktionen i balk A, med denna tas sedan en filfaktor fram som anger hur stor del av den totala belastningen som går ned i balk A. Därefter beräkandes momentet i tvärled för varje lastfall. För att beräkna momentet i längsled har lasterna Level multipliceras med filfaktorn och utgör belastningen på balk A. Balken har i längsled setts som fritt upplagd då det är skillnaderna i belastning som är intressanta och detta ger 1 enklare : 100beräkningar. Beräkningarna återfinns i bilaga A Lastfall 1 och, lastmodell 1 Beräkningar har gjorts i två lastfall utan breddning. Ett där det tyngsta lastfältet ligger ytterst och ett där det tyngsta lastfältet ligger placerat så att det ligger mer centrerat i bron men fortfarande närmare balk A. CHALMERS Bygg- och miljöteknik, Examensarbete 014:116 15

28 F 1 F 1 : 50 1 : Q 1 Q 1 Q Q q 1 q 1 Q Q Q 000 Q 000 q q q 3 q LF LF 1 : 1 : x x R A R A R B R B Figur 13: Lastfall 1, utan breddning, tyngsta lastfältet placerat ytterst på bron. F : 50 1 : Q 1 Q Q 1 Q 1 Q 000 Q Q 000 Q LF LF 1 : 1 : 5 q q 1 q 1 q q q x x R A R R B B Figur 14: Lastfall, utan breddning med det tyngsta lastfältet placerat mer centriskt F 3 1 : : Det antas att de moment som räknas fram i dessa två lastfall är bron dimensionerad att klara av både i tvärled och i längsled. Även den totala lasten och den andel som går ned i balk A antas bron vara dimensionerad att klara. I dessa lastfall har det antagits att fordonstrafik kan framföras på hela den fria brobredden. Detta på grund av att inget hinder, mer än ett litet stängsel, mellan gång- och cykelbanan och biltrafiken finns för att hindra bilarna att köra över på gång- och cykelbanan vid en eventuell olycka. Antagandet Q 1 är även grundat Q 1 på att en omplacering av körbanorna har varit 000 möjlig. Då bron är symmetrisk skulle Q gång- och Q cykelbanan lika gärna kunnat 000 placeras på andra sidan av bron. 7 LF LF 11 : 5: 1450 q gc q 1 q Sedan gc har beräkningarna i längsled gjorts med q hjälp av filfaktorn qq 33 där lasterna har lagts ihop till en total utbredd last respektive punktlaster. Punktlasterna består av de 55 summerade axellasterna i dessa lastfall xx R A R B 16 CHALMERS, Bygg- och miljöteknik, Examensarbete 014: F 4 1 : Q 1 Q LF LF 1 : 5

29 Q 1 Q n 1 1 LF 1 LF 1 1 : 50 1 : 50 R A Q 1 Q 1 Q Q q 1 q Q Q Q 000 Q 000 q q R B q q q LF 6 LF 6 1 : 50 1 : x R A R A 0000 R B R B x 3 3 LF LF 1 : 50 1 : 50 LF 3 LF 1 : : 50 Figur 15: Lastfall 1 och i längsled där lasterna har summerats och multiplicerats med filfaktorn Lastfall 3 6, lastmodell 1 med gång- och cykellast Q För att gång- och Q Q cykelbanan ska 1 Q 000 bli 3 meter bred har bron breddats med 1,5 m alltså Q ca 1,5 %. Det Q betyder 000 att q lastfall är varianter av lastfall 1 och med hänsyn till q q utbredd last alternativt servicefordon på gång- och cykelbanan. 3 q 1 Alltså i lastfall 3 och 4 q q är största belastningen från trafiklasten placerad närmst gång och 55cykelbanan, men i lastfall 5 och 6 är 55 den största belastningen 4850från trafiklasten placerad 55 mer centriskt på R brobaneplattan (se sammanställning A R i kapitel 3.4). Dessa B lastfall förutsätter att en x R tydlig och kraftig avskiljning A R mellan gång- och cykeltrafiken B och biltrafiken görs så x att bilarna inte kan köra över på gång- och cykelbanan vid en eventuell olycka. Beräkningar är gjorda i tvärled och i längsled som i de två tidigare lastfallen för att på så sätt kunna 3000se effekterna av att 3000hänga på en gång och cykelbro på 150 en befintlig bro. 150 q gc q gc Q 1 Q Q 1 Q q 1 q 1 Q 1 Q Q Q 000 Q Q 000 q q q q LF 7 LF 1 : : 50 LF 8 LF 1 : : R A R B x R A R B x Figur 16: Exempel, Lastfall 3 med breddning och gång- och cykellast ytterst på bron LF 4 LF 4 1 : 50 1 : 50 Qaxel Qaxel Qaxel Qaxel 3000 Q 1 Q Q 1 Q q Q Q 000 Q Q q 000 q LF 9 1 : 50 LF 9 1 : 50 q q q R A 4850 R 55 B x R A Figur x 17: Exempel, lastfall 4 med breddning och last från servicefordon. R B 5 5 LF 5 1 : 50 LF 5 1 : CHALMERS Bygg- och miljöteknik, Examensarbete 014: Q 1 Q Q Q 000 Q 1 Q q q Q Q LF 10 1 : 50 LF 1 1 : 50

30 6 LF 6 1 : Lastfall 7-10, lastmodell 1 med gång- och cykellast Eftersom det redan finns en smalare gång- och cykelbana Q på Nötesundsbron behöver Q inte bron förses med en helt ny, 3 meter Q bred, gång- Q och cykelbana, se lastfall 3-6. För Qaxel Qaxel 000 andra broar kan det dock bli nödvändigt att bredda bron med en ny gång- och q cykelbro. Därför har beräkningar gjorts på ytterligare fyra lastfall. 1 q I lastfall q antas hela den befintliga fria brobredden belastas med biltrafik och en breddning av bron på meter, alltså ca 30 %, är gjord. Beräkningarna har därefter gjorts på samma sätt som för tidigare lastfall. Det betyder att R A i lastfallen 7 och 8 är den största R B trafiklasten placerad närmst x gång- och cykelbanan, men i lastfall 9 och 10 är den största belastningen från trafiklasten placerad mer centriskt på brobaneplattan (se sammanställning i kapitel 3.4). 7 LF 7 1 : Q 1 Q Q Q 000 q gc q 1 q q LF 8 1 : 50 x Figur 18: Exempel, lastfall 7 med en breddning utan flytt av trafiklast. 3.3 Järnvägsbro vid Gullbergsmotet 3000 R A Den valda järnvägsbron är en bro över E6:an vid Gullbergsmotet som har namnet, Bro Q över allmän väg 1,0 km NO 1 Q Göteborgs Centralstn. Järnvägsbron är byggd 1966 och är 000 Q en balkbro i betong med en gång- och cykelbana Q som är 1,5m bred. Bron spänner 4,5 Qaxel Qaxel 000 meter mellan stöden. q 1 q R B q x R A R B LF 9 1 : 50 Q Q 000 Q 1 Q q gc q q 1 q 3 10 LF 10 1 : 50 Figur 19: Tvärsektion av Bro 55över allmän väg 1,0 km 4850NO Göteborgs Centralstn 55 Även här har en förenklad bild av bron R A använts för att göra beräkningarna R B i tvärled, en x fritt upplagd balk på två stöd (Figur 0). Beräkningarna har följt samma tillvägagångsätt som i fallet med Nötesundsbron med skillnaden att lasten från tågtrafik inte kan flyttas. Detta har gett tre olika lastfall att beräkna. Beräkningarna utgår även här från servicfordonets längd, 3, meter, det betyder att tre axellaster á 18 Qaxel Qaxel 3000 Q Q CHALMERS, Bygg- och miljöteknik, Examensarbete 014:116 Q 1 Q q q 1 q 3